JPH04272186A - 金属基複合材料膜を備えた金属管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、その内面に金属基複合
材料膜がライニングされた金属基複合材料膜を備えた金
属管の製造方法に関し、特に各種燃焼筒、原子力廃棄物
処理用輸送管及び化学プラント用配管等に使用される金
属管として好適の金属基複合材料膜を備えた金属管の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属管内面に金属基複合材料膜を
ライニングする方法としては、以下に示すものがある。

【０００３】（１）ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐ
ｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）装置又はＣＶＤ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）
装置等を使用して、真空中において金属基複合材料を加
熱し、この金属基複合材料を金属管の内面に蒸着させる
ことによりライニング膜を形成する蒸着法。

【０００４】（２）金属基複合材料からなる溶射材をプ
ラズマ炎等で溶融し、この金属基複合材料をガスの噴射
圧力で金属管の内面に吹き付けてライニング膜を形成す
る溶射法。

【０００５】（３）金属基複合材料からなる筒を形成し
、この筒を金属管に焼きばめ、鋳ぐるみ又はろう付け拡
散接合する方法。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来方法には、以下に示す問題点がある。即ち、（１）
の方法においては、真空チャンバ、蒸発るつぼ及び加熱
源等の設備が必要である。また、この方法により形成可
能なライニング膜の膜厚は数ｍｍ程度が限界であると共
に、ライニング膜の形成に長時間を必要とする。

【０００７】（２）の方法においては、プラズマ発生装
置及び溶射ガン等の設備が必要であり、イニシャルコス
トが高い。また、この方法により形成可能なライニング
膜の膜厚は高々１ｍｍ程度が限界であり、それ以上に膜
厚を厚くすると、ライニング膜の割れ及び剥離等の不都
合が発生する。更に、この方法により形成されたライニ
ング膜の組織は緻密でないため、耐摩耗性が劣る。

【０００８】（３）の方法においては、例えば冷間静水
圧プレス（以下、ＣＩＰという）工程及び焼結工程等の
金属基複合材料からなる筒を形成する工程と、この筒を
金属管の内側に焼きばめ、鋳ぐるみ又はろう付け拡散接
合する工程とが必要であり、作業性が悪い。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、膜厚が厚く且つ組織が緻密であって耐摩耗
性が優れているライニング膜を得ることができると共に
、作業性が良好な金属基複合材料膜を備えた金属管の製
造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る金属基複合
材料膜を備えた金属管の製造方法は、金属粉末とセラミ
ックス粉末との混合粉末の圧粉体からなる内筒を金属管
に嵌入して２層管を得る工程と、この２層管の内側に配
置される筒状の内壁部及びこの２層管の外側に配置され
る筒状の外壁部を備えこの内壁部と外壁部との間の空間
を気密的に封止することが可能である容器内にこの２層
管を装入する工程と、前記容器内を脱気した状態で容器
を密封する工程と、熱間静水圧プレス処理を施す工程と
、前記容器を除去する工程とを有することを特徴とする
。

【００１１】

【作用】本願発明者等は、膜厚が厚く且つ組織が緻密な
金属基複合材料膜を備えた金属管を製造すべく、種々実
験研究を行なった。その結果、予め金属管に金属粉末と
セラミックス粉末との混合粉末の圧粉体からなる内筒を
嵌入した後、熱間静水圧プレス（以下、ＨＩＰという）
処理を施すことにより、膜厚が厚く且つ組織が緻密な金
属基複合材料膜を金属管の内面に容易に形成できること
を見出した。本発明はこのような実験結果に基づいてな
されたものである。

【００１２】つまり、本発明においては、先ず、金属管
の内側に金属粉末とセラミックス粉末との混合粉末の圧
粉体からなる内筒を嵌入して２層管を得る。この場合に
、後述するＨＩＰ工程において前記圧粉体を焼結させ、
これにより内筒と金属管とを密着させるため、焼きばめ
及び鋳ぐるみ等の工程は不要である。次に、この２層管
を容器内に装入する。この容器は、前記２層管の内側に
配置される内壁部及び前記２層管の外側に配置される外
壁部を備えており、この内壁部と外壁部との間の空間を
気密的に封止することができるようになっている。 次に、この容器内を脱気した後、容器を密封する。次い
で、この容器に対してＨＩＰ処理を施す。このＨＩＰ処
理工程において前記内筒を構成する混合粉末が焼結され
、その結果、金属管内面に金属基複合材料膜が被着形成
される。

【００１３】本発明方法においては、このようにして金
属管の内面に金属基複合材料膜を形成するから、膜厚が
厚い金属基複合材料膜を容易に形成できる。また、本発
明方法により形成された金属基複合材料膜は、ＨＩＰ処
理が施されているため、組織が緻密であり、耐摩耗性が
高い。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。

【００１５】図１乃至図４は本発明の実施例方法を工程
順に示す断面図である。

【００１６】先ず、図１に示すように、金属粉末とセラ
ミックス粉末との混合粉末の圧粉体からなる内筒２を金
属管１に嵌入する。この場合に、後工程においてＨＩＰ
処理を施すため、焼きばめ、鋳ぐるみ及びろう付け拡散
接合等の煩雑な工程を実施する必要はなく、内筒２は金
属管１に緩く嵌入していればよい。

【００１７】次に、図２に示すように、内筒２を嵌入し
た金属管１を容器３内に装入する。この容器３は、金属
管１の内側に配置される内壁部３ａ及び金属管１の外側
に配置される外壁部３ｂを有しており、この内壁部３ａ
及び外壁部３ｂ間の空間を気密的に封止することができ
るようになっている。また、この容器３は、脱気管を介
して真空ポンプ（図示せず）に接続されている。

【００１８】次に、図３に示すように、容器３内を十分
に脱気し、脱気管を密封して真空ポンプと容器３とを分
離した後、この容器３に対してＨＩＰ処理を施す。この
ＨＩＰ処理工程において、内筒２を構成する金属粉末と
セラミックス粉末との混合粉末が焼結されて、金属管１
の内側に金属基複合材料膜４が被着形成される。

【００１９】次いで、図４に示すように、容器３を取り
除く。これにより、その内面に金属基複合材料膜４がラ
イニングされた金属管を得ることができる。

【００２０】次に、本実施例方法により実際に金属基複
合材料膜を備えた金属管を製造した結果について説明す
る。

【００２１】先ず、平均粒径が１５μｍのチタン粉末と
平均粒径が５μｍのＳｉＣ（炭化ケイ素）粉末とを重量
比で９：１の割合で配合し、この混合粉末をゴム型に詰
めた。そして、ＣＩＰ装置によりこのゴム型に対して３
トン／ｃｍ２　の圧力で加圧処理を施し、前記混合粉末
からなる筒状の圧粉体を得た。

【００２２】次に、この圧粉体をＳ４５Ｃ鋼材（ＪＩＳ
　Ｇ　４０５１炭素鋼鋼材）からなる金属管の内側に嵌
入して、２層管を得た。次に、この２層管を鋼製の容器
に装入した。この容器は２層管の内側に配置される内壁
部及び２層管の外側に配置される外壁部を備えており、
この内壁部と外壁部との間の空間を気密的に封止するこ
とができるようになっている。また、この容器は、脱気
管を介して真空ポンプに接続されている。

【００２３】次に、真空ポンプによりこの容器内を十分
に脱気した後、容器を密封して真空ポンプから分離した
。その後、この容器に対して加圧力が１２００気圧、温
度が１２００℃の条件でＨＩＰ処理を施した。

【００２４】次いで、旋盤加工により、前記鋼製の容器
を切削除去した。これにより、膜厚が５ｍｍのチタン基
複合材料膜がライニングされた実施例に係る金属管を得
た。

【００２５】一方、比較例の金属管を製造した。即ち、
先ず、上述の混合粉末と同一組成の混合粉末をゴム型に
詰めた。そして、ＣＩＰ装置を使用し、このゴム型に対
して３トン／ｃｍ２　の圧力で加圧処理を施し、筒状の
圧粉体を得た。次に、この圧粉体を真空炉内において１
３００℃の温度で焼結させて、チタン基複合材料からな
る筒を得た。次いで、この筒をＳ４５Ｃ鋼材からなる金
属管に焼きばめることにより、膜厚が５ｍｍのチタン基
複合材料膜がライニングされた比較例に係る金属管を得
た。

【００２６】この実施例及び比較例のチタン基複合材料
膜を備えた金属管に対して、以下の特性を調べた。

【００２７】■比重 ライニング膜の比重をマイクロピクノメーターにより測
定した。 ■硬度 ライニング膜の硬度をビッカース硬度計により測定した
。 ■比摩耗量 ライニング膜の比摩耗量を大越式迅速摩耗試験機により
測定した。

【００２８】これらの測定結果を下記表１にまとめて示
す。

【００２９】

【表１】

【００３０】この表１から明らかなように、実施例の金
属管は、比較例の金属管に比してライニング膜が緻密で
あり、硬度が高く、比摩耗量が少ない。

【００３１】なお、上述の実施例においては金属基複合
材料がチタン基複合材料の場合について説明したが、鉄
基複合材料、アルミニウム基複合材料、銅基複合材料、
ニッケル基複合材料及びコバルト基複合材料等の他の金
属基複合材料の場合についても、上述の実施例と同様に
して金属基複合材料膜を形成することができる。また、
金属管としては、上述したＳ４５Ｃ材の外に、ＳＫ材（
ＪＩＳ　Ｇ　４４０１炭素工具鋼鋼材）、ＳＫＤ材（Ｊ
ＩＳ　Ｇ　４４０４合金工具鋼鋼材）、ステンレス鋼材
及びＳＣＭ材（ＪＩＳ　Ｇ　４１０５クロムモリブデン
鋼）等を使用することができる。

【００３２】更に、本発明において使用可能なセラミッ
クスは、上述のＳｉＣに限定されるものではなく、Ｃｒ
２　Ｏ３　、ＴｉＯ２　、ＺｒＯ２　、ＭｇＯ及びＹ２
　Ｏ３　等の酸化物系セラミックス、Ｓｉ３　Ｎ４　、
ＴｉＮ、ＢＮ及びＡｌＮ等の窒化物系セラミックス、Ｔ
ｉＣ、Ｂ４　Ｃ及びＣｒＣ２　、ＷＣ等の炭化物系セラ
ミックス、ＺｒＢ２及びＴｉＢ２　等のホウ化物系セラ
ミックス並びにサイアロン等、種々のものを使用するこ
とができる。また、これらのセラミックスを２種類以上
混合して使用することもできる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明方法によれば
、金属粉末とセラミックス粉末との混合粉末の圧粉体か
らなる内筒を金属管に嵌入した後、熱間静水圧プレス処
理を施すから、膜厚が厚く且つ組織が緻密で耐摩耗性が
優れた金属基複合材料膜を備えた金属管を容易に製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例方法の１工程を示す断面図であ
る。

【図２】同じくその１工程を示す断面図である。

【図３】同じくその１工程を示す断面図である。

【図４】同じくその１工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１；金属管 ２；内筒 ３；容器 ４；金属基複合材料膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　金属粉末とセラミックス粉末との混合
   粉末の圧粉体からなる内筒を金属管に嵌入して２層管を
   得る工程と、この２層管の内側に配置される筒状の内壁
   部及びこの２層管の外側に配置される筒状の外壁部を備
   えこの内壁部と外壁部との間の空間を気密的に封止する
   ことが可能である容器内にこの２層管を装入する工程と
   、前記容器内を脱気した状態で容器を密封する工程と、
   熱間静水圧プレス処理を施す工程と、前記容器を除去す
   る工程とを有することを特徴とする金属基複合材料膜を
   備えた金属管の製造方法。